Aloi titanium digunakan secara meluas dalam aeroangkasa, pembinaan kapal, peranti perubatan, dan bidang lain kerana kekuatannya yang tinggi, ketumpatan rendah, dan rintangan kakisan yang sangat baik. Walau bagaimanapun, kimpalan aloi titanium terdedah kepada keretakan dan kecacatan lain, yang secara serius menjejaskan kualiti kimpalan dan sifat struktur. Bagi menyelesaikan masalah ini secara sistematik, adalah perlu untuk menjalankan kawalan menyeluruh dari pelbagai aspek seperti perlindungan proses, kawalan haba, pemadanan bahan dan prarawatan kimpalan.
Tegaskan melaksanakan proses perlindungan kimpalan
Aloi titanium mempunyai aktiviti yang tinggi terhadap oksigen, nitrogen, hidrogen dan gas lain pada suhu tinggi, dan unsur-unsur ini akan membentuk oksida rapuh, nitrida dan hidrida apabila menyerang kimpalan, mengakibatkan penurunan keliatan plastik sendi dan menyebabkan keretakan. Oleh itu, keseluruhan proses kimpalan mesti dijalankan di bawah perlindungan gas lengai:
- Perlindungan setempat:-Muncung senapang kimpalan berdiameter besar digunakan untuk memastikan gas argon menutupi kolam kimpalan dan haba bersebelahan-zon terjejas, dan aliran udara hendaklah lancar dan seragam untuk mengelakkan pergolakan menyebabkan kekusutan udara.
-Perlindungan belakang: Selepas mengimpal, gunakan hud pemotong untuk meneruskan perlindungan argon sehingga suhu kimpalan dan haba-zon terjejas turun di bawah 200 darjah untuk mengelakkan pengoksidaan suhu-tinggi.
-Perlindungan belakang: Untuk kimpalan punggung pada plat sederhana dan berat, kusyen udara atau perlindungan argon hendaklah dipasang pada bahagian belakang untuk memastikan kawasan pembentukan dua sisi-bebas daripada pencemaran.
Ketulenan gas pelindung hendaklah Lebih daripada atau sama dengan 99.99%, takat embun hendaklah kurang daripada -50 darjah, dan kadar aliran udara di kawasan terlindung hendaklah dikawal dengan ketat.
Melaksanakan kawalan proses terma kimpalan
Aloi titanium mempunyai kekonduksian terma yang rendah, dan pengumpulan haba kimpalan dengan mudah boleh menyebabkan butiran kasar dalam-zon terjejas haba dan meningkatkan kecenderungan untuk retak. Input haba kimpalan dan kadar penyejukan perlu dikawal dengan penyejukan paksa:
- Air-plat sandaran kuprum yang disejukkan: Plat sandaran kuprum dengan sinki penyejuk ditetapkan pada bahagian belakang kimpalan untuk mempercepatkan eksport haba dan mengehadkan masa tinggal suhu tinggi.
-Kawal suhu antara lapisan: Apabila mengimpal berbilang lapisan dan hantaran berbilang, suhu antara lapisan hendaklah dikawal di bawah 150 darjah untuk mengelakkan pembentukan tisu yang terlalu panas.
- Parameter kimpalan yang dioptimumkan: Input haba rendah digunakan untuk mengurangkan lebar haba-zon terjejas sambil memastikan penembusan.
Pemilihan bahan dan kaedah kimpalan yang munasabah
Padanan bahan kimpalan
Komposisi dawai kimpalan hendaklah konsisten dengan atau serupa dengan logam asas, dan gred yang sepadan seperti ER Ti-6Al-4V harus diutamakan. Untuk sambungan yang memerlukan keliatan tinggi, kekuatan yang lebih rendah sedikit dan keplastikan yang lebih baik boleh digunakan untuk meningkatkan rintangan retak.
Pemilihan kaedah kimpalan
-Kimpalan terlindung gas lengai tungsten (GTAW/TIG): Sesuai untuk plat nipis dan sederhana dan berat, dengan arka yang stabil dan mudah dicapai-kimpalan berkualiti tinggi. Kimpalan TIG berdenyut disyorkan untuk mengurangkan lagi input haba.
-Kimpalan arka plasma (PAW): sesuai untuk plat sederhana dan berat, dengan sumber haba pekat dan kecekapan kimpalan yang tinggi. Jika argon-campuran hidrogen digunakan, kandungan hidrogen hendaklah dikawal ketat dalam Kurang daripada atau sama dengan 5% untuk mengelakkan keretakan yang disebabkan oleh hidrogen.
-Kimpalan sinar laser/elektron: sesuai untuk komponen ketepatan, dengan haba yang sempit-zon terjejas dan ubah bentuk kecil, tetapi kos peralatan yang tinggi, yang perlu dijalankan di bawah vakum tinggi atau suasana perlindungan.
Tingkatkan pra-penyediaan kimpalan dan kawalan proses
Pembersihan dan rawatan sendi
Sebelum mengimpal, permukaan sambungan dan wayar kimpalan mesti dikeluarkan dengan teliti dari permukaan skala oksida, gris, lembapan dan bahan cemar lain. Langkah-langkah berikut disyorkan:
- Pembersihan mekanikal: Gunakan berus dawai keluli tahan karat atau pengilangan untuk mengeluarkan filem oksida;
- Pembersihan kimia: penjerukan dengan asid nitrik + larutan asid hidrofluorik, kemudian bilas dengan air ternyahion dan pengeringan;
- Penyaringan aseton atau alkohol.
Selepas pembersihan, kimpalan perlu disiapkan dalam masa 4 jam untuk mengelakkan pencemaran sekunder.
Pemasangan dan pemeriksaan perlindungan gas
Jurang pemasangan hendaklah dikawal dengan ketat, secara amnya tidak melebihi 0.5mm. Sebelum mengimpal, gas dipra-dilepaskan untuk memastikan gas pelindung meliputi kawasan kimpalan dan aliran udara adalah seragam. Ujian asap atau pengesan oksigen boleh digunakan untuk mengesahkan kesan perlindungan.
Kawalan persekitaran kimpalan
Kimpalan hendaklah dijalankan di kawasan khas yang bersih tanpa angin, dengan kelembapan relatif dikawal di bawah 60% untuk mengelakkan kelembapan ambien memasuki kawasan arka.
Selepas-pemeriksaan dan rawatan kimpalan
Pemeriksaan visual, ujian penembusan (PT) atau pemeriksaan-ray (RT) disyorkan dan ujian ultrasonik (UT) boleh ditambah untuk komponen penting. Jika perlu, tekanan-penyepuhlindapan bebas dijalankan selepas kimpalan, suhu penyepuhlindapan biasanya 550~650 darjah, dan penyejukan udara selepas penebat perlu dilakukan di bawah perlindungan vakum atau argon.
Kunci kepada kualiti kimpalan titanium terletak pada kawalan keseluruhan proses: daripada pra-pembersihan kimpalan, perlindungan gas, pengurusan input haba kepada pemilihan kaedah, spesifikasi proses mesti dikuatkuasakan dengan ketat. Melalui reka bentuk proses dan kawalan proses yang sistematik, kecenderungan untuk mengimpal retakan boleh dikurangkan dengan ketara, dan sambungan kimpalan aloi titanium yang boleh dipercayai boleh diperolehi untuk memenuhi keperluan pembuatan peralatan-tinggi.